Kontaktspitze für Schweisselektrode

Abstract

 Stangenförmige Kontaktspitze für eine drahtförmige Schweißelektrode, die auf der Stange eine bezüglich der Achse schraubenförmige Kontaktflächse aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktspitze für die Zufuhr des Stromes an eine Schweißelektrode. Derartige Kontaktspitzen werden gewöhnlich in Schweißgeräten, wie z.B. Schweißbrennern, verwendet. In den Kontaktspitzen wird der Schweißstrom auf die Schweißelektrode, beispielsweise eine massive Drahtelektrode oder eine pulvergefüllte Röhrchenelektrode, überführt, die durch die Kontaktspitze vorgeschoben wird.

[0002] Bekannte Kontaktspitzen haben die Form eines Rohres, dessen Innendurchmesser ein wenig größer als der Durchmesser der Elektrode ist. Die Elektrode gleitet während ihrer Passage durch dieses Kontaktrohr an der Rohrwand entlang und erzeugt dadurch den gewünschten Kontakt für die Überführung des Schweißstromes vom Kontaktrohr zur Elektrode. Derartige Kontaktrohre können etwas gebogen sein, um den Kontakt zwischen dem Kontaktrohr und der Elektrode zu verbessern. Die Lage des Kontaktes zwischen dem Kontaktrohr und der Elektrode liegt jedoch nicht fest. Das hat zur Folge, daß sich die vom Schweißstrom durchflossene Länge des Elektrodenabschnittes zwischen deren Spitze und dem Kontakt dauernd ändert. Damit ändert sich wegen des wechselnden Widerstandes des stromdurchflossenen Elektrodenabschnittes auch die Energiezufuhr zur Schweißstelle, was die Schweißqualität nachteilig beeinflußt.

[0003] In der US-Patentschrift Nr. 3112393 ist ein Kontaktrohr mit einer schraubenförmigen Passage für die Elekrtrode beschrieben worden. Ein gleichförmiger elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode und der Innenwand des Kontaktrohres besteht über die ganze Länge des Kontaktrohes. Die Herstellung derartiger Kontaktrohre, die von einem Rohr mit verhältnismäßig kleinem Innendurchmesser ausgeht, ist kompliziert und daher auch kostspielig.

[0004] Die Schweißelektroden werden oft mit einem Schutzbelag vel sehen, um sie gegen Oxydation und Korrosion zu schützen. Außerdem sind die Elektroden der Verstaubung oder anderer Verschmutzung ausgesetzt. So schleppt die Elektrode Abriysb aus der Elektrodenführung mit sich mit. Dieses Material sammelt sich in dem engen Kontaktrohr an und wird dort zu einer dichten Masse zusammengepackt, wodurch der gewünschte gleichmäßige Vorschub der Elektrode gestört wird.

[0005] Kontaktspitzen müssen billig sein, da sie sehr rasch abgenützt werden. Die Lebensdauer solcher Kontaktspitzen wird üblicherweise in Stunden angegeben.

[0006] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt eine Kontaktspitze anzugeben, mit der die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Erfindungsgemäß ist die Kontaktspitze stangenförmig ausgebildet und auf der Stange mit einer bezüglich der Achse der Kontaktspitze schraubenförmigen Kontaktfläche versehen. Kontaktspitzen gemäß der Erfindung sind einfach und billig herzustellen. Ein besonderer Vorteil ist die allseitige Zugänglichkeit der Kontaktfläche.

[0007] Weitere Vorteile der Erfindung können der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung entnommen werden, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Einzelheiten einer in Vorderansicht in Richtung der Achse dargestellten erfindungsgemäßen Kontaktspitze.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Kontaktspitze und Fig.3,

Fig.4 und Fig. 5 sind Schnitte längs III-III, IV-IV und V-V in Fig. 2.

Fig. 6 zeigt eine Kontaktspitze gemäß Fig.2 in einem Mundstück eines Schweißbrenners.

Fig. 7 zeigt eine etwas abgeänderte Kontaktspitze und

Fig.8, Fig.9 und Fig. 10 sind Schnitte längs VIII-VIII, IX-IX und X-X in Fig.7.

Fig.11 zeigt eine weitere abgeänderte Form der Kontaktspitze gemäß Fig.2 und Fig. 12 eine Vorderansicht der Fig. 11.

[0008] Die Kontaktspitze in Fig. 1 besteht aus einer Stange 1 mit rechteckigem Querschnitt, die zumindest einmal um die Achse gewunden ist. Die Oberfläche 2, die der Achse am nächsten liegt, sowie die anderen Seitenflächen der Stange bilden Schraubenflächen. Die Achse C befindet sich außerhalb der Stange 1 in einem Abstand A von der Oberfläche 2. Eine Elektrode 3 steht im Kontakt mit der Oberfläche 2. Ohne die Elektrode weist die Kontaktspitze eine geraade zylindische Passage 4 auf, die durch den gestrichelten Kreis 4a mit dem Durchmesser 2A angegeben ist. Der Durchmesser D der Elektrode ist somit größer als der Durchmesser der Passage 4. Die Elektrode muß daher bei ihrem Vorschub entlang der Oberfläche 2 theoretisch an der Schraubenlinie der Oberfläche 2 anliegen, die der Achse C am nächsten liegt. Wegen der geometrischen Unvollkommenheiten der Elektrode und der Kontaktspitze berührt die Elektrode die Stange in einer schmalen bandförmigen Kontaktfläche der Stange, die die genannte Schraubenlinie umfaßt und sich axial über die Länge der Stange erstreckt.

[0009] Die Biegung der längs der Kontaktspitze vorgeschobenen Elektrode hängt teils von der Lage der Achse C bezüglich der Stange, teils vom Elektrodendurchmesser D, teils von der Steigung der Schraubenfläche und nicht zuletzt von den geometrischen Unvollkommenheiten der Kontaktspitze und der Elektrode ab. Die Elektrode ist üblicherweise nicht vollkommen gerade, wenn sie der Kontaktspitze zugeführt wird.

[0010] Es hat sich herausgestellt, daß ein guter Kontakt zwischen der Elektrode und der Kontaktspitze erhalten wird, wenn der Abstand A der genannten Schraubenlinie von der Achse der Kontaktspitze, die auch die Achse der Schraubenlinie ist, folgender Bedingung genügt:

[0011] Positive Werte von A bedeuten dabei, daß die Achse C außerhalb der Stange gelegen ist, während negative Werte von A bedeuten, daß die Achse C die Stange durchdringt.

[0012] Wenn A = 0,5D, dann ist der Durchmesser der Passage 4 gleich groß wie der der Elektrode. Wenn die längs der Kontaktspitze vorgeschobene Elektrode vollkommen gerade ist, wird die Elektrode in Kontaktspitzen, für die die Bedingung 0,5D ^e A ≤ 0,6D gilt, nur zufällig an der Kontaktfläche der Kontaktspitze anliegen. Es ist festgestellt worden, daß wegen der obengenannten Unvollkommenheiten ein Abstand von bis zu 0,6D gewählt werden kann und trotzdem ein zuverlässiger Kontakt zwischen der Elektrode und der Kontaktspitze etabliert wird. Insbesondere dickere Elektroden mit Durchmessern von einigen Milimetern gleiten einwandfrei an der schraubenförmigen Kontaktfläche. Ein passender Wert von A kann durch Versuche ermittelt werden.

[0013] Vorzugsweise liegt A in dem Bereich 0 ≤ A * 0,5D. Ist der Wert von A negativ, wird die Elektrode während ihres Vorschubs durch die schraubenförmige Kontaktfläche beträchtlich beträchtlich deformiert, was einen sehr hohen Kontaktdruck zur Folge hat. Dies führt zu einem sehr raschen Verschleiß der Kontaktspitze, insbesondere bei Verwendung von dicken Elektroden. Ein solcher Verschleiß kann akzeptiert werden, wenn ein besonders niedriger Kontaktwiderstand zwischen Elektrode und Kontaktspitze gewünscht wird. Je niedriger der Kontaktwiderstand ist, desto geringer sind die Kontaktverluste, die die Erwärmung der Kontaktspitze beeinflussen. Wird der Wert von A nicht größer als 0,5D gewählt, so werden auch Elektroden, die vollkommen gerade der Kontaktspitze zugeführt werden, mit dieser einen einwandfreien Kontakt etablieren.

[0014] Eine geringere Deformation der Elektrode längs der Kontaktfläche ergibt einen geringeren Kontaktdruck, aber auch einen geringeren Verschleiß. Es wurde gefunden, daß die Kontaktspitze optimal ausgenutzt wird, wenn der Abstand A folgenden Bedingungen genügt:

[0015] Die kleineren Werte von A werden für dünnere Elektroden die größeren für dickere verwendet.

[0016] Um die Lebensdauer der Kontaktspitze zu erhöhen, ist es zweckmäßig die Elektrodenspitze mit einer Schichte aus verschleißfestem, leitenden Material zu versehen, beispielsweise Nickel oder Nickellegierung. Eine solche Schichte läßt sich auf der Kontaktfläche ohne Schwierigkeiten durch Elektroplattieren oder ein anderes Verfahren aufbringen, da die Oberfläche allseits zugänglich ist.

[0017] Eine andere Dimension der Schraubenlinie, die auf den Verschleiß der Kontaktspitze einen großen Einfluß hat, ist die Steigung der Schraubenlinie. Diese soll vorzugsweise nicht geringer als 10D sein. Je geringer die Steigung und je kleiner der Abstand A ist, desto stärker wird die Elektrode bei ihrer Passage der Kontaktspitze gebogen. Der Vorschubwiderstand für die Elektrode wird dadurch erhöht und somit auch der Verschleiß der Kontaktspitze.

[0018] Weiters ist es vorteilhaft, daß die Länge der Kontaktspitze zumindest einer vollkommenen Drehung der Schraubenlinie um die Achse entspricht. Die Elektrode wird dabei bei ihrer Passage der Kontaktspitzre nach allen Richtungen gebogen. Dadurch wird die Elektrode in der Kontaktspitze gerichtet und sie verläßt diese stets in einer bestimmten Richtung, was beispielsweise die genaue Einstellung des Schweißbrenners bezüglich des Arbeitsstückes wesentlich erleichtert.

[0019] Die Kontaktspitze in Fig. 2 besteht aus einer Stange 5, die schraubenförmig um die Achse C' gewunden ist. Die Stange hat eine im wesentlichen halbzylindrische Form mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche 6 und einer etwas konkaven Oberfläche 7. Eine Schweißelektrode 8 wird längs der konkaven Oberfläche 7 vorgeschoben und steht in Kontakt mit dieser. Die Kontaktspitze in Fig.2 ist derart dimensioniert, daß der Abstand zwischen der Schraubenlinie, die der Achse C' am nächsten ist, größer als Null ist. Die Achse C' befindet sich daher außerhalb der Stange. Außerdem ist der Abstand A kleiner als der Radius der Elektrode, dis somit gezwungen ist, während der Passage der Kontaktspitze eine schraubenförmige Vorschubbewegung auszuführen, wie dies den Fig. 2 bis 5 entnommen werden kann.

[0020] Staub und anderes Material, das von der Elektrode durch den Elektrodenleiter zur Kontaktspitze mitgeschleppt wird, fällt aus der Kontaktspitze heraus und stört nicht den Vorschub der Elektrode im Bereich der Kontaktspitze.

[0021] Die Kontaktspitze ist an ihrem hinteren Ende mit einem Gewinde 9 versehen, mit dem sie in einem entsprechenden Halter 11 eines mit einem Gasmundstück 12 versehenen Schweißbrenners 10 ( Fig.6 ) befestigt ist.

[0022] Eine etwas modifizierte Kontaktspitze in Fig. 7 besteht aus einer Stange 13, die mit einer V-förmigen, schraubenförmigen Nut 14 für eine Elektrode 16 versehen ist. Die Nut hat einen gerundeten Nutengrund 15, dessen Krümmungsradius größer ist als der Radius der Elektrode. Die Elektrode gleitet entlang dem Nutengrund, wie dies in Fig.9 und 10 dargestellt ist.

[0023] Aufgrund des guten Kontaktes zwischen der Elektrode und der schraubenförmigen Kontaktfläche ist der Kontaktwiderstand klein und die Erwärmung der Kontaktspitze so gering, daß sich Schweißspritzer auf der mäßig warmen Kontaktspitze nicht festsetzen können. Wenn allerdings mit großen Schweißspritzerverlusten gerechnet werden muß, kann es vorteilhaft sein, an der Vorderseite der Kontaktspitze ein Mundstück 17 anzubringen, das die Kontaktspize im wesentlichen vor den Schweisspritzern schützt und zudem gewährleistet, daß die Elektrode aus dem Mundstück in einer bestimmten Richtung austritt.

[0024] Die Kontaktspitze in Fig.11 und 12, die der Kontaktspitze in Fig. 2 entspricht, ist von einer Hülse 18 umgeben. In einigen Fällen kann die Strömung des Schutzgases, die die Kontaktspitze umgibt - wie es durch die Pfeile 19 in Fig. 6 angedeutet ist - durch die schraubenförmige Oberfläche der Kontaktspitze gestört werden. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch das Mundstück verhältnismäßig gering ist, können derartige Störungen normalerweise vernachlässigt werden, da sie nur in einem sehr geringen Maße auftreten. Die Hülse ist daher nur zu verwenden, wenn beson- ders hohe Anforderungen an einen ungestörten Gasschutz ge- stellt werden. Soferne die Kontaktspitze mit einer Verschleißschichte versehen werden soll, wird diese an^ge-bracht, bevor die Spitze in die Hülse eingeschoben wird.

[0025] Die erfindungsmäßigen Kontaktspitzen können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Es ist z.B. naheliegend diese durch Verdrehung einer ursprünglich geraden Stange um eine Achse herzustellen, die sich im Abstand A von der Stangenoberfläche befindet. Gewisse Probleme können jedoch entstehen, wenn das Material, das üblicherweise eine harte Kupferlegierung ist, auf diese Weise nur schwierig zu deformieren ist. Es ist aber auch möglich solche Kontaktspitzen durch Strangpressen oder Stranggießen herzustellen. Weiters ist es denkbar entsprechend geformtes stangenförmiges Ausgangsmaterial derart zu bearbeiten, daß die gewünschte schraubenförmige Kontaktfläche erhalten vird. Beispielsweise können Kontaktspitzen entsprechend Fig. 7 ohne das zusätzliche Mundstück 17 in ähnlicher Weise wie Spiralbohrer hergestellt werden.

Ansprüche

1. Kontaktspitze für die Zufuhr des Stromes an eine Schweißelektrode, dadurch gekennnzeichnet, daß die Kontaktspitze (1,5,13) stangenförmig ist und auf der Stange mit einer bezüglich der Achse der Kontaktspitze schraubenförmigen Kontaktfläche (2,7,15) versehen ist.

2. Kontaktspitze nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der schraubenförmigen Kontaktfläche zumindest 10D beträgt, worin D der Durchmesser der Elektrode ist.

3. Kontaktspitze nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die Kontaktfläche die Schraubenlinie umfaßt, die von der Achse der Kontaktspitze den geringsten Abstand hat.

4. Kontaktspitze nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stange (3) ist, die mit einer bezüglich der Stangenachse schraubenförmigen Nut versehen ist, wobei der Nutengrund als Kontaktfläche dient und die Breite der Nut größer als der Elektrodendurchmesser ist.

5. Kontaktspitze nach Patentsanspruch 4, dadurch gekennzeichnet. daß die Nut einen V-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Krümmungsradius des gerundeten Nutengrundes größer ist als der Radius der Elektrode.

6. Kontaktspitze nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand A der genannten Schraubenlinie von der Kontaktspitzenachse definiert ist durch:

worin ein positiver Wert von A angibt, daß die Achse außerhalb der Spitze liegt, und ein negativer Wert von A angibt, daß die Achse durch die Spitze geht.

7. Kontaktspitze nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand A definiert ist durch:

8. Kontaktspitze nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand A definiert ist durch:

9. Kontaktspitze nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche mit einer Schichte aus verschleißfestem, leitendem Material versehen ist.

10. Kontaktspitze nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichte aus Nickel oder Nickellegierung besteht. i

11. Kontaktspitze nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsmundstück (17) für die Elektrode an der Vorderseite der Kontaktspitze angefügt ist.

12. Kontaktspitze nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der schraubenförmigen Kontaktfläche mindestens einer vollkommenen Drehung der Kontaktfläche um die Achse entspricht.

13. Kontaktspitze nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktspitze (5) zumindest auf einem Teil ihrer Länge von einer Hülse (18) umgeben ist.

Zeichnung